1、2008年8月能源與動力工程學院交通運輸系汽車空調2008年8月能源與動力工程學院交通運輸系課程簡介1.主要內容汽車空調基礎知識汽車空調制冷系統的組成及工作原理汽車空調暖風系統的組成及工作原理汽車空調系統電路分析汽車空調的使用與檢修課程簡介3.課時分配講課：28學時實驗：4學時4.考核方式2.課程類型：選修結課考試（筆試、閉卷）：80平時成績（出勤、作業、實驗）：201.1.1 汽車空調的功能調節車內溫度：多數汽車空調具備這種單一功能。轎車、貨車、小型汽車和工程機械一般以發動機冷卻循環水作為暖風的熱源；大、中型客車一般采用獨立式加熱器作為暖風的熱源；在夏季，車內降溫由制冷裝置完成。調節車內空氣

2、流速 靠控制電路控制風扇轉速來實現。過濾、凈化車內空氣 要求汽車空調具有補充車外新鮮空氣、過濾和凈化車內空氣的功能。調節車內濕度 普通汽車空調一般不具備這種功能，只有高級豪華汽車采用的冷暖一體化空調系統才能對車內的濕度進行適當的調節；它通過制冷裝置降溫去除空氣中的水分，再由采暖裝置升溫，以降低空氣的相對濕度。汽車上目前還沒有安裝加濕裝置，只能通過開車窗或通風設施靠車外新風來調節。1.1.1 汽車空調的功能2008年8月能源與動力工程學院交通運輸系1.1.2 汽車空調性能的評價指標溫度濕度空氣流速空氣清潔度1200.03100.070.581595430有害帶601200.010.033100.

3、30.51520153090953035014不舒適帶600.010.30.10.2 20507022281618舒適帶夏冬噪聲（dB）CO含量（）CO2含量（）風速(m/s)換氣量(m3/h)相對濕度（）溫度（）項目范圍汽車空調環境參數1.1.3 汽車空調的特點（1）在炎熱的夏季，由于汽車車廂容積小，而且車窗占的面積比例相對較大，易受陽光直射，因此車廂內的溫度很高。此外，車廂內的溫度還受到地面熱量反射、人體散熱、發動機的輻射熱以及換氣熱的影響，因此汽車空調的熱負荷較大。（2）小型車輛一般采用非獨立式的汽車空調系統，汽車空調的制冷性能與汽車的運行工況有關；同時，對汽車的其它性能（如汽車的加速性

4、能、爬坡性能、燃油經濟性等）均有一定的影響。（3）汽車車身結構緊湊，空調裝置布置起來較困難，并且各種汽車空調部件的通用性較差。（6）制冷劑易泄漏。汽車空調安裝在行駛的車輛上，承受著劇烈頻繁的振動和沖擊，因此，各個零部件應有足夠的強度和抗振能力，接頭應牢固并防漏。不然將會造成汽車空調制冷系統制冷劑的泄漏，破壞整個空調系統的工作條件，嚴重的會損壞制冷系統的壓縮機等部件。使用中要經常檢查系統內制冷劑的多少。據統計，由于制冷劑泄漏而引起的空調故障約占全部故障的80。1.1.3 汽車空調的特點1.1.4 汽車空調的發展歷程單一暖風系統 1925年，首先在美國出現利用汽車冷卻水通過加熱器取暖 的方法； 1

5、927年，發展到具有加熱器、風機和空氣濾清器的比較完 整的供熱系統 ； 目前，在寒冷的北歐、亞洲北部地區，汽車空調仍然使用 單一供熱系統。單一制冷系統 1939年，美國通用汽車帕克公司(Packard)首先在轎車上安 裝由機械制冷的空調器，成為汽車空調的先驅； 目前，在熱帶、亞熱帶地區仍然使用。 自動控制的汽車空調系統1964年 ，通用公司首先將自動控制的汽車空調系統安裝在CADILAC牌轎車上，緊接著通用、福特、克菜斯勒三大汽車公司競相在各自的高級轎車上安裝自動空調系統；日本、歐洲直到1972年才在高級的轎車上安裝自動空調系統；只要預先設定所需的溫度，空調系統就能自動地在設定的溫度范圍內工作

6、，達到調節車室內空氣溫度的目的；1.1.4 汽車空調的發展歷程微機控制的汽車空調系統 1973年，美國通用汽車公司和日本五十鈴汽車公司一起聯合研究由微型計算機控制的汽車空調系統，并于1977年同時安裝在各自的汽車上，將特汽車空調技術推到一個新的高度；微機控制的汽車空調系統由微機按照車內外的環境，實現微調化。具備數字化顯示、冷暖通風三位一體化、自我診斷系統、執行器自檢、數據流傳輸等功能。通過微機控制，實現了空調運行與汽車運行的相關統一，極大地提高了制冷效果，節約了燃料，從而提高了汽車的整體性和舒適性。 1.1.4 汽車空調的發展歷程1.1.5 汽車空調的未來向全自動化方向發展。高效節能、小型輕量

7、化。更加合理的設計和制造 。向環保型汽車空調發展 。采用空調新技術。1.1.5 汽車空調的未來自動化：控制自動化、診斷自動化。高效節能、小型輕量化。舒適性：全季節型空調，保持最佳空氣質量 。環保：新型的環保制冷劑。采用空調新技術。 未來新型空調系統的開發必須與汽車開發同步，以適應新的變化：如發動機效率提高（余熱量減少）、電氣化、混合驅動動力及其它新型零部件使用后導致空調系統特性的變化。 氫化物汽車空調系統 利用金屬氫化物作制冷劑，通過在不同溫度下金屬氫化物釋放或吸收氫氣的特點而實現制冷。 汽車空調新技術吸收式汽車空調系統汽車空調新技術 吸收式制冷也是以熱能為動力，利用由兩種沸點不同的物質組成溶

8、液的汽液平衡特性來完成制冷循環的。 熱聲制冷技術 熱聲制冷是21世紀以來發展的一種新的制冷技術，與傳統的蒸汽壓縮式制冷系統相比，熱聲熱機具有無可比擬的優勢：無需使用污染環境的制冷劑，而是使用惰性氣體或其混合物作為工質；基本機構非常簡單可靠，無需貴重材料，成本上具有很大的優勢；無需振蕩的活塞和油密封或潤滑，無運動部件的特點使得其壽命大大延長。 所有的熱聲產品的工作原理都基于所謂的熱聲效應：聲波在空氣中傳播時會產生壓力及位移的波動。其實，聲波的傳播也會引起溫度的波動。當聲波所引起的壓力、位移及溫度的波動與一固體邊界相作用時，就會發生明顯的聲波能量與熱能的轉換。 汽車空調新技術1.2 制冷劑與冷凍油

9、1.2.1 制冷劑 在汽車空調制冷系統中，目前均采用蒸氣壓縮式制冷方式，利用制冷劑的狀態變化來轉移熱量。 制冷劑的命名方法 蒸氣壓縮制冷機使用的制冷劑絕大部分都是氟利昂，國際上用R表示。 氟利昂是飽和碳氫化合物的鹵族元素的衍生物，品質繁多，其性質與所含的F、Cl、Br、H、C元素的原子多數有密切關系。R后面的數字表示氟利昂的分子通式： Cm H n Fp Cl s Br。 R后面是兩位數的屬甲烷衍生物的氟利昂。 （甲烷的分子式為： C H 4）制冷劑的命名方法1.2 制冷劑與冷凍油 碳原子數m = 1； R后面的首位數表示：氫原子數n=首位數-1； R后面的第二位數表示：氟原子數p； 氯原子數

10、s = 4- n p。1.2 制冷劑與冷凍油例如：R22表示甲烷衍生物的氟利昂制冷劑；碳原子數m = 1；氫原子數n = 首位數-1 = 2-1 = 1；氟原子數 p = 第二位數 = 2；氯原子數s = 4- n p = 4- 1 - 2 = 1。R22的分子式： CH F2 Cl化學名稱：二氟一氯甲烷如果用溴原子來代替氟利昂中的某些氯原子，則分子式中多一個B，其原子數用r表示。例如R12B2，則為CF2Br2。能源與動力工程學院交通運輸系 R后面為三位數的，屬乙烷、丙烷、丁烷衍生物的氟利昂。其中： R后面首位數為1，表示乙烷衍生物的氟利昂； R后面首位數為2，表示丙烷衍生物的氟利昂； R后

11、面首位數為3，表示丁烷衍生物的氟利昂； 制冷劑的命名方法 碳原子數m =首位數+1； 氫原子數n=第二位數-1； 氟原子數p =第三位數； 氯原子數s = 6- n p（乙烷衍生物） = 8- n p（丙烷衍生物） = 10- n p（丁烷衍生物）。1.2 制冷劑與冷凍油制冷劑的命名方法例如：R142表示乙烷衍生物的氟利昂制冷劑；碳原子數m = 首位數+1 = 1+1= 2；氫原子數n = 第二數-1 = 4-1 = 3；氟原子數 p = 第三位數 = 2；氯原子數s = 6- n p = 6- 3 - 2 = 1。R142的分子式： C2 H3F2 Cl化學名稱：二氟一氯乙烷1.2 制冷劑與

12、冷凍油制冷劑的命名方法 對乙烷系的同素異構體都有相同的編號，但是最對稱的一種，其編號后面不帶任何字母。同素異構體變得愈來愈不對稱時，則附加a、b、c等字母。如CHF2 CHF2 表示為R134，而CH2F CF3表示為R134a。1.2 制冷劑與冷凍油對制冷劑的要求 制冷劑應有低的凝固點，能在低溫下工作；制冷劑應有高的臨界溫度；制冷劑的密度和粘度要小，以減少在制冷系統中的流動阻力； 制冷劑應有一定的吸水性，以防止制冷系統的“冰堵”現象； 制冷劑的導熱系數和放熱系數要大，以提高換熱器的換熱能。對制冷劑物理性質的要求1.2 制冷劑與冷凍油對制冷劑的要求 制冷劑應無毒、無刺激性，對人體健康無損害；制

13、冷劑應不易燃燒、不易爆炸；制冷劑對金屬的腐蝕作用要??；制冷劑在高溫下應不分解，化學性質穩定；制冷劑與潤滑油應互溶，不起化學反應，不改變潤滑油的特性。對制冷劑化學性質的要求1.2 制冷劑與冷凍油對制冷劑的要求制冷劑在蒸發器內蒸發溫度要低，這樣相應的蒸發壓力也低。但蒸發壓力應稍高于大氣壓力，以防止因制冷系統產生負壓而吸進空氣，使制冷能力下降。制冷劑的冷凝壓力不宜過高，一般應為1.21.5MPa冷凝壓力太高，對制冷設備的強度要求也相應提高，而且會引起壓縮機功耗增加。絕熱指數要小，以使壓縮機功耗減小，并且在壓縮終了時氣體的溫度不會過高。對制冷劑熱力學性質的要求液體比熱要小，以使節流過程的損失減小。制冷

14、劑蒸氣的比容要小，汽化潛熱和單位容積制冷量要大，以減少制冷劑循環量。循環的熱力完善度盡可能大。1.2 制冷劑與冷凍油對制冷劑的要求對制冷劑熱力學性質的要求對制冷劑經濟性的要求 要求制冷劑價格便宜，易于得到。1.2 制冷劑與冷凍油制冷劑的選擇原則 氟利昂的性能與所含的氟、氯、氫、碳原子數的多少有密切關系，一般來說，氟利昂中：含碳原子越少，含氟、氯原子越多，則化學穩定性越高；含氟原子越多，毒性越小，對金屬的腐蝕性越小；氯原子影響制冷劑的熱力學性質，氯原子數越多，制冷劑的蒸發溫度越高；破壞臭氧層的主要元素是氯和溴，所以制冷劑中含氯越多，破壞臭氧層的能力越大。1.2 制冷劑與冷凍油制冷劑的選擇原則壓縮

15、機的類型。蒸發溫度和蒸發壓力。冷凝溫度和冷凝壓力。制冷裝置的使用條件。 根據以上原則，目前汽車空調使用的制冷劑主要為R12和R134a。 在實際應用中，汽車空調使用哪一種制冷劑比較好，應根據如下原則來選用：1.2 制冷劑與冷凍油汽車空調常用制冷劑的特性1）制冷劑R12 制冷劑R12具有很好的熱力學、物理、化學和安全性質，曾被廣泛用于制冷空調。其最大的特點是：沸點低（一個大氣壓下，-29.8），在常溫下易汽化；凝固溫度低（-155），能在低溫下正常工作；臨界溫度高（112），能在常溫下冷凝液化，節流引起的損失較小，能得到較大的制冷系數；在高于-30時，其飽和蒸汽壓力大于大氣壓，這樣可以防止空氣進

16、入制冷系統。1）制冷劑R12R12的基本特性： R12無色，氣味很弱，只有一點芳香味。R12毒性小，不燃燒、不爆炸，是一種很安全的制冷劑。 R12在溫度達到400以上時，與明火接觸會分解出光氣。所以在充注和排空氟利昂時，應開窗并將排氣管放到室外。 水在R12中的溶解度很小，且隨溫度的降低而減小，所以R12系統內應嚴格控制含水量，一般R12中的含水量不得超過0.0025。制冷系統在充注R12之前，必須經過嚴格的干燥處理，且需在系統中設置干燥器。否則，低溫時水結冰會堵塞制冷系統的管道或閥門。 在常溫下R12能與潤滑油以任意比例相互溶解，因此，潤滑油可隨R12進入制冷系統的各個部分；為了保證壓縮機的

17、可靠潤滑，宜采用粘度較大的潤滑油。 R12對一般金屬不起腐蝕作用，但能腐蝕鎂及含鎂量超過2的鋁鎂合金。 R12對天然橡膠和塑料有膨潤作用。R12制冷系統中使用的密封材料應為耐腐蝕的丁氰橡膠或氯醇橡膠。 R12很容易通過接合面的不嚴密處，所以對制冷系統的密封性要求高。1）制冷劑R12R12的基本特性： R12的比重較大，因而流動阻力較大，耗能較多，要想減小阻力，必須使用較大的流通截面。 R12的飽和蒸汽壓適中，蒸發器、冷凝器以及連接管道的壁可以做的較薄，傳熱效率高。R12對大氣臭氧層有破壞作用，ODP（大氣臭氧層破壞指數）值為1，有使全球變暖的溫室效應，GWP（溫室效應指數）值為4200左右；因

18、此它是蒙特利爾議定書中的第一批禁用制冷劑，發達國家已從1996年1月1日起停止使用，發展中國家也已從2006年完全禁止使用，我國從2001年1月1日起已禁止在新生產的車輛中使用R12為工質的汽車空調。 1）制冷劑R12R12的基本特性： R134具有為零、為R12的四分之一、不可燃、低毒性、制冷量和系統性能與R12相當等優點,因而作為“過渡性”的替代工質在世界范圍內得到認可，但由于它的仍然較高（為2的1300倍），已列入“京都協議”規定限制發展的工質范疇。 R134的基本特性如下：1.2 制冷劑與冷凍油汽車空調常用制冷劑的特性2）制冷劑 R134R134a無色、無臭、不燃燒、不爆炸，基本無毒性

19、(長期影響還在試驗之中)化學性質穩定。不破壞大氣臭氧層，在大氣層停留壽命短，溫室效應影響也較小。2）制冷劑 R134粘度較低，流動阻力較小。分子直徑比R12略小，易通過橡膠向外泄漏，也較易被分子篩吸收。與礦物油不相溶，與氟橡膠不相容。吸水性和水溶解性比R12高。汽化潛熱高，定壓比熱大，具有較好的制冷能力，但質量流量小，所以R134a的制冷系數與R12相當或較之略小。飽和蒸氣壓與R12接近，在18左右兩者具有相同的飽和壓力值。在低于18的溫度范圍內，R134a的飽和壓力略低于R12；在高于18的溫度范圍內，R134a的飽和壓力高于R12。 盡管R134a的熱力學性質與R12相似，但由于兩者之間存

20、在一些差別，使之在用于專門的R12設計的汽車空調系統時需作相應的改動，以達到或超過原R12制冷系統的運行效果，并確?？照{制冷系統的可靠性。根據R134a的熱力學性質可知，R134a制冷系統運行壓力高、制冷系數小，制冷性能不如R12系統好，改進的措施如下：用R134替代R12的注意事項 雖然氟利昂的種類很多，但許多性質都基本相同，各種氟利昂的主要不同點是熱力學性質不同，如蒸發溫度、飽和壓力、蒸發潛熱、單位容積制冷量等。所以，對于特定的制冷系統，不同類型的氟利昂不能隨便相互替代。 R134a和R12不能混用，因為它們的化學特性不同而不能同時溶解一種潤滑油；如果混用，將會造成空調系統機件的嚴重損壞和

21、制冷系統工作不正常。R12空調系統使用的冷凍油、密封材料不得用于R134a系統中。 R12空調系統使用的密封材料為NBR； R134a空調系統使用的密封材料為H-NBR； R12空調系統使用的冷凍油為礦物性冷凍油，如國產13號、18號、25號和30號、 進口SUNISO3GSSUNISO5GS牌號的潤滑油 等； R134a空調系統使用的冷凍油有聚烴基乙二醇(PAG)和聚脂油(ESTER)兩類 。用R134替代R12的注意事項R134a和R12空調系統使用的干燥劑不同。 R12空調系統使用的干燥劑為硅膠； R134a空調系統使用的干燥劑為沸石。增加壓縮機容量或提高壓縮機轉速。另外，還需要加大壓縮

22、機主軸、主軸承，加強缸壁剛性，改善內部潤滑。進、排氣閥應為不銹鋼材料。換熱器采用新型高效的平流式冷凝器和層疊式蒸發器。實驗表明，在相同制冷劑的情況下，平流式冷凝器制冷劑側壓降只有管帶式的20，而換熱性能提高75。膨脹閥、排出軟管和吸入軟管等部件也應隨所用制冷劑的不同而作相應的調整。用R134替代R12的注意事項 目前在天然制冷劑中以氨、丙烷與其他烴的混合物及CO2制冷技術為主，其中CO2制冷技術最有可能成為氟利昂制冷劑的長期替代物。 汽車空調天然替代工質 CO2作為最早采用的制冷劑之一，在上個世紀初得到了普遍使用，隨著CFCs的出現，除在船用領域一直被采用外，CO2很快被人們所拋棄，主要原因是

23、在冷卻水溫高的熱帶地區，由于CO2的臨界溫度只有31.1，采用傳統蒸汽壓縮制冷循環時冷量損失較大，且存在著飽和壓力過高，壓縮機功耗過大的缺點。同時，由于二氧化碳系統壓力遠遠大于傳統的壓臨界循環系統，壓縮機的軸封設計要求比原有壓縮機高得多，壓縮機的軸封泄漏在一段時間內仍將是目前阻礙其實用化的主要原因。 CO2是自然界天然存在的物質，ODP0， GWP=1。來源廣泛、成本低廉，CO2安全無毒，不可燃，適應各種潤滑油以及常用機械零部件材料，即便在高溫下也不分解產生有害氣體。由于CO2的高密度和低粘度，CO2的流動損失小，傳熱效果好，CO2的蒸發潛熱較大，單位容積制冷量相當高，故壓縮機及部件尺寸較小；

24、絕熱指數較高K=1.30，壓縮機壓比約為2.53.0，比其它制冷系統低，容積效率相對較大，接近于最佳經濟水平。 通過強化傳熱可以彌補它循環熱不高的缺點，增加回熱器或者采用兩級壓縮即可達到與常規制冷劑相似的效率。汽車空調天然替代工質 CO2汽車空調的研制進展最快，離實用化的距離也最近，美、日、歐都已相繼研制成功了CO2汽車空調系統并裝車試運行，DANFOSS、DENSO、ZEXEL等已進入CO2壓縮機小批量生產階段。汽車空調天然替代工質1.2 制冷劑與冷凍油1.2.2 冷凍機油冷凍潤滑油的作用 空調壓縮機使用的潤滑油被稱為冷凍潤滑油或冷凍機油。它是一種在高、低溫工況下均能正常工作的特殊潤滑油，冷

25、凍機油隨制冷劑一起循環，其作用為：潤滑作用：潤滑壓縮機軸承、活塞、活塞環、連桿曲軸等零部件表面，減少阻力和磨損，降低功耗，延長使用壽命。冷卻作用：及時帶走運動表面摩擦產生的熱量，防止壓縮機溫升過高導致壓縮機被燒壞。密封作用：潤滑油滲入各摩擦件密封面而形成油封，起到阻止制冷劑泄漏的作用。降低壓縮機噪音：潤滑油可以降低運動表面摩擦，減小運動表面的振動，從而降低壓縮機噪音。1.2.2 冷凍機油汽車空調冷凍機油的種類及選擇 國產冷凍機油的牌號有4個，即13號、18號、25號和30號，牌號越大，其粘度也越大。 進口冷凍機油一般有SUNISO3GSSUNISO5GS牌號的冷凍機油、 Solest、美國CP

26、I 系列冷凍機油和日本電裝DENSIO冷凍機油等。 冷凍機油應根據空調壓縮機的類型、工況以及制冷劑的類型進行合理選擇。根據潤滑油的特性，在實際選用時，應以低溫性能為主來選擇，但也要適當考慮對熱穩定性能的影響。2008年8月1.2.2 冷凍機油美國CPI 系列冷凍機油1.2.2 冷凍機油冷凍潤滑油易吸水。用后應馬上將蓋擰緊。不能使用變質渾濁的潤滑油 不允許向系統添加過量的潤滑油，否則會影響汽車空調制冷系統的制冷量。不同牌號的冷凍潤滑油不能混用 在排放制冷劑時要緩慢進行，以免冷凍潤滑油和制冷劑一起排出。更換制冷系統部件時，應適當補充一定量的潤滑油在加注制冷劑時，應先加潤滑油，然后再加注制冷劑。 冷

27、凍機油的使用注意事項1.2.2 冷凍機油1.2 汽車空調系統的組成和分類1.2.1 汽車空調系統的組成汽 車 空 調2008年8月能源與動力工程學院交通運輸系1.2.1 汽車空調系統的組成能源與動力工程學院交通運輸系1.2.1 汽車空調系統的組成能源與動力工程學院交通運輸系1.2.1 汽車空調系統的組成送 風 裝 置1.2 汽車空調系統的組成和分類1.2.2汽車空調系統的分類 汽車空調根據驅動方式不同可分為獨立式空調和非獨立式空調。 獨立式空調是指配備專門的副發動機作為壓縮機的動力源，如些大客車空調和冷藏運輸車空調及其他專用車輛的空調。 非獨立式空調是由汽車上的發動機直接驅動壓縮機，如轎車、小

28、型客車空調以及貨車空調等。 按驅動方式分類1.2.2 汽車空調系統的分類獨立式空調 獨立式空調是指單獨用一個發動機帶動空調壓縮機，其制冷系統不受主發動機的影響。只有大型客車或冷藏運輸車以及一些專用車輛才有足夠的空間安裝獨立式空調；在獨立式空調系統中，壓縮機轉速基本不變，并可將壓縮機與冷凝器制成一個通用性較好的機組，以便設計選用。優點：空調系統制冷量不受主發動機工況的影響，制冷系統對汽車的行駛也沒有影響，而且在汽車怠速行駛或停駛時，其制冷系統也能夠正常運行。缺點：占用空間大、結構復雜，增加了整車的重量和布置難度。1.2.2 汽車空調系統的分類 非獨立式空調是由主發動機帶動壓縮機運轉，并由電磁離合器進行控制。當接通電源時，壓縮機電磁離合器吸合，壓縮機開始運轉制冷；當斷開電源時，離合器分離，壓縮機停機，停止制冷。依靠電源的接通、斷開來控制壓縮機的運行，從而調節冷氣的供給，達到控制車室內溫度的目的。優點：結構簡單、便于安裝布置、噪聲小。缺點：需要消耗主發動機1015的動力，直接影響汽車的加速性能和爬坡能力，同時